计算机网络面试知识点

OSI七层模型

TCP/IP 的体系结构

路由器在转发分组时最高只用到网络层，而没有使用运输层和应用层。

 

网际协议 IP

网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。与 IP 协议配套使用的还有四个协议：

1. 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)
2. 逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
3. 网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)   注：ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。
4. 网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)

 

网际层的 IP 协议及配套协议

 

网络互相连接起来要使用一些中间设备

中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。

物理层中继系统：转发器(repeater)、中继器。

数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。

 

网络层中继系统：路由器(router)。

网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。

网络层以上的中继系统：网关(gateway)。

 

网络互连使用路由器

当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。

网关由于比较复杂，目前使用得较少。

互联网都是指用路由器进行互连的网络。

路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。

路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。

 

分类 IP 地址

每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）

所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。

 

 

专用地址（本地地址）和全球地址

本地地址——仅在机构内部使用的 IP 地址，可以由本机构自行分配，而不需要向因特网的

管理机构申请。

全球地址——全球唯一的 IP 地址，必须向因特网的管理机构申请。

 

专用地址（Private Address）

 10.0.0.0 到 10.255.255.255

 172.16.0.0 到 172.31.255.255

 192.168.0.0 到 192.168.255.255

这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。

 专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特网中的所有路由器对目的地址是专

用地址的数据报一律不进行转发。

 

IP 地址的一些重要特点

(1) IP 地址是一种分等级的地址结构

(2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。

　　当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多归属主机(multihomed host)。

　　由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。

(3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号net-id。

(4) 所有分配到网络号 net-id 的网络，无论是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。

 

IP 地址与硬件地址

网络层及以上使用 IP 地址 

路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择

链路层及以下使用 MAC 地址

在具体的物理网络的链路层只能看见 MAC 帧而看不见 IP 数据报

 

地址解析协议 ARP 和逆地址解析协议 RARP

1、ARP

不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。

每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的

IP 地址到硬件地址的映射表。

当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有

无主机 B 的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通

过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。

ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。

如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上

的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。

剩下的工作就由下一个网络来做。

2、RARP

逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其 IP 地址。

这种主机往往是无盘工作站。 因此 RARP 协议目前已很少使用。

 

查找路由表

在路由表中，对每一条路由，最主要的是（目的网络地址，下一跳地址）.

根据目的网络地址就能确定下一跳路由器，这样做的结果是：

IP 数据报最终一定可以找到目的主机所在目的网络上的路由器（可能要通过多次的间接交

付）。

 只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机进行直接交付。

 

划分子网(subnetting)

IP 地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址。

划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。

从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。

IP 地址 ::= {<网络号>, <子网号>, <主机号>}

凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网

络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。

然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。

最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。

 

子网掩码

从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。

使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。

静态路由跟动态路由的区别

静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化由于静态路由不能对网络的改变作出反映，一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中，静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准

动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。如果路由更新信息表明发生了网络变化，路由选择软件就会重新计算路由，并发出新的路由更新信息。这些信息通过各个网络，引起各路由器重新启动其路由算法，并更新各自的路由表以动态地反映网络拓扑变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。

 

 

应用进程之间的通信

两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通信。

应用进程之间的通信又称为端到端的通信。

运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层，再往下就共用网络层提供的服务。

 

运输层的主要功能

 

运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。

运输层还要对收到的报文进行差错检测。

运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP。

 

 

可靠传输的工作原理

 

1、停止等待协议

 

 

1. 在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本。
2. 分组和确认分组都必须进行编号。
3. 超时计时器的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。

 

可靠通信的实现:

 

使用上述的确认和重传机制，我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。

 

这种可靠传输协议常称为自动重传请求 ARQ (Automatic Repeat reQuest)。

 

ARQ 表明重传的请求是自动进行的。接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组 。

 

2、流水线传输

发送方可连续发送多个分组，不必每发完一个分组就停顿下来等待对方的确认。

由于信道上一直有数据不间断地传送，这种传输方式可获得很高的信道利用率。

 

TCP 的流量控制——利用滑动窗口实现

流量控制(flow control)就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞。

利用滑动窗口机制可以很方便地在 TCP 连接上实现流量控制。

 

TCP 的运输连接管理

1、运输连接的三个阶段

运输连接就有三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释放。运输连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常地进行。

连接建立过程中要解决以下三个问题：

要使每一方能够确知对方的存在。

要允许双方协商一些参数（如最大报文段长度，最大窗口大小，服务质量等）。

能够对运输实体资源（如缓存大小，连接表中的项目等）进行分配。

 

TCP 连接的建立都是采用客户服务器方式。

              

               

                      

名词解释
ACK  TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段
都收到了.比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效,当ACK=0时,确认号无效,这时会要求重传数据,保证数据的完整性.
SYN  同步序列号,TCP建立连接时将这个位置1
FIN  发送端完成发送任务位,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将这位置1

 

三次对话：

1.主机A向主机B发出连接请求数据包：“我想给你发数据，可以吗？”。

2.主机B向主机A发送同意连接和要求同步的数据包：“可以，你什么时候发？”

3.主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步：“我现在就发，你接着吧！”。

三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步，经过三次“对话”之后，主机A才向主机B正式发送数据。

 

TCP 的特点：

1. TCP 是面向连接的运输层协议。 
2. 每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint)，每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。
3. TCP 提供可靠交付的服务。
4. TCP 提供全双工通信。
5. 面向字节流。

注意：

1. TCP 连接是一条虚连接而不是一条真正的物理连接。
2. TCP 对应用进程一次把多长的报文发送到 TCP 的缓存中是不关心的。
3. TCP 根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞的程度来决定一个报文段应包含多少个字节（UDP 发送的报文长度是应
4. 用进程给出的）。
5. TCP 可把太长的数据块划分短一些再传送。TCP 也可等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。

 

TCP的包头结构：

源端口 16位
目标端口 16位
序列号 32位
回应序号 32位
TCP头长度 4位
reserved 6位
控制代码 6位
窗口大小 16位
偏移量 16位
校验和 16位
选项  32位(可选)
这样我们得出了TCP包头的最小长度，为20字节。 

 

UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）

1. UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。
2. 由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
3. UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
4. 吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
5. UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的链接状态表（这里面有许多参数）。
6. UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。
7. 我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常，其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来，那么网络就是通的。

UDP的包头结构：
源端口 16位
目的端口 16位
长度 16位
校验和 16位

 

小结TCP与UDP的区别：
1.基于连接与无连接；
2.对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；
3.UDP程序结构较简单；
4.流模式与数据报模式 ；
5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。 

 

域名的解析过程

主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查

询域名的 IP 地址，那么本地域名服务器就以 DNS 客户的身份，向其他根域名服务器继续发出查询请求

报文。

本地域名服务器向根域名服务器的查询通常是采用迭代查询。当根域名服务器收到本地域名服务器的

迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的 IP 地址，要么告诉本地域名服务器： 你下一步应当向哪一个

域名服务器进行查询”。然后让本地域名服务器进行后续的查询。